【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到特种加工中电解加工领域，尤其涉及到机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置及方法。
技术介绍
1、在现代制造业中，从模具制造到航空航天精密零件制造都离不开超长扭曲工件。例如，航空发动机叶片，其结构纤长，型面薄而扭曲，所用材料多为高温合金等难切削材料。传统的机械加工无法达到加工要求，而电解加工因其工具阴极无损耗、加工表面质量好、无残余应力等，在超长扭曲工件的加工制造中广泛应用。
2、然而在加工超长扭曲工件时，电解加工也存在一些待解决的问题。由于加工区域较长，电解液流程长度也会相应变长，以覆盖整个加工区域，随着电解液流程长度的增加，电解液在流动过程中会受到更多的阻力和压力损失，导致流速下降，特别是在流道的远端部分，流速可能显著降低。在电解加工过程中由于电化学反应会产生气泡、不溶性产物和热量，并且这些气泡、不溶性产物和热量会随着电解液的流动逐渐向出液口进行累积。另一方面，流道的变长也会导致电解液在流动的过程中进液口和出液口的浓度产生较大的变化。这些因素都会使电解液的沿程电导率产生较大的波动，进而严重影响工件的电解复制成形精度。
3、为了解决电导率波动对加工精确度带来的影响，科研人员进行了大量的探索。其中，安徽工业大学的汪浩等提出一种编程式通电型面电解加工方法与装置(汪浩黄国辉饶思贤张鹏郭祥钦；一种编程式通电型面电解加工方法与装置[p]；安徽省：cn202211305079.x，2022.10.24)，在阳极工件两侧设置两组组装工具阴极，通过编程控制各组装阴极块按程序设定间隔通电，有效调节了产物、
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置及方法，本专利技术对成形工具阴极进行分块处理，即将工具阴极按不同加工区域分成若干分块电极，相邻分块电极接触的侧面作绝缘和润滑处理，最终达到阴极既可以作为整体成形工具阴极对工件先进行预成型电解加工，又可以将每个分块电极作为基本加工单元分别对工件进行补偿电解加工，以消除沿程电导率波动导致的加工误差，最终在扭曲工件的超长流程中实现加工精度更高的电解复制成形加工；
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，包括机器视觉系统、运动执行系统、固定调整系统、电解液循环系统和实时监控系统；
4、所述机器视觉系统包括ccd高速摄像机、计算机和运动控制单元；ccd高速摄像机捕获加工区域的实时图像，计算机对捕获的图像进行分析处理后计算出工件和阴极的实际加工间隙，由计算机将加工间隙和目标值按设定程序的逻辑关系进行比较计算后，向运动控制单元发出控制指令，运动控制单元向运动执行系统发出运动指令，所述运动执行系统带动阴极工作；所述电解液循环系统用于提供电解液；所述实时监控系统用于实时监测电流、电解液压力和温度参数，当参数异常时将信息传输至计算机并发出中断进给运动和关闭脉冲电源开关的控制指令；所述固定调整系统将工件和阴极调整至加工位置并固定。
5、在本方案中，将整个电解加工过程分为预成型电解加工阶段和分块补偿电解加工阶段；预成形电解加工阶段是整体成形工具阴极作为阴极向工件做恒定进给速度的电解加工阶段，该阶段的作用是将工件初步复制成形，进而开启分块补偿电解加工阶段；分块补偿电解加工阶段是对加工区域进行分区，通过机器视觉捕获工件和分块电极电解加工的图像信息，对分块区域进行分析和处理后得出各分块区域的实际加工间隙，和相应目标值进行比较计算后向运动执行系统发出指令控制指定分块电极进行分块补偿电解加工；
6、所述机器视觉系统包括ccd高速摄像机、计算机和运动控制单元；所述ccd高速摄像机设置于电解加工区域的正上方，对工件和阴极的整个加工区域进行图像捕获，并将捕获的图像传输至计算机的图像处理单元；
7、在上述方案中，所述计算机接收ccd高速摄像机传输来的图像，计算机的图像处理单元对图像分别采取灰度化、中值滤波预处理、阈值分割转化为二值图像、形态学滤波器的开启操作和canny边缘检测的处理方式，图像的最终转变结果为，两个电极的边界设置为白色，其他区域设置为黑色，对转变后的图像进行逐行扫描，得到所扫描行的像素宽度，按照相应比例将像素宽度转化为实际加工间隙；所述计算机对图像处理单元得到的实际加工间隙和相应目标值按设定程序的逻辑关系进行比较计算后，向运动控制单元发出控制指令；所述运动控制单元接收计算机发出的指令，控制指定的电机带动运动执行系统进行相应电解加工运动；
8、所述运动执行系统包括x轴移动单元、运动平台、固定平台、双坐标轴移动单元、抓取机器人和脉冲电源；所述x轴移动单元中的电机接收运动控制单元发出的运动指令，带动运动平台做x轴向恒定速度的进给运动；所述运动平台安装在固定平台之上，跟随x轴移动单元做x轴向恒定速度的进给运动，即带动整体成形工具阴极做预成形电解加工运动，特别地，在分块补偿电解加工阶段运动平台的x轴向恒定速度的进给运动继续进行；所述固定平台设置在整个运动执行系统的最下面，并安装有x轴移动单元；所述双坐标轴移动单元中的横向和纵向电机接收运动控制单元发出的运动指令，将抓取机器人移动到指定位置；所述抓取机器人包括机械臂和机械夹爪，其中机械夹爪的两个内测均设置有位置传感器，以精确对抓取滑块进行抓取，进行分块补偿电解加工运动；所述脉冲电源的正极连接工件，负极连接分块电极，为电解加工提供能量；
9、所述固定调整系统包括电解槽、调整架、固定导轨和抓取滑块；所述电解槽在工件和阴极电解加工区域上方为透明玻璃盖板，既起到密封作用，又提供给ccd高速摄像机捕获图像的视野；所述调整架调整工件于初始加工位置，并对工件起到固定的作用；所述固定导轨上方连接抓取滑块，既对分块电极的分块补偿运动起导向的作用，又将分块电极紧密连接在一起，使所有分块电极在初始加工时精确组成整体成形工具阴极；所述抓取滑块安装在对应固定导轨上，抓取滑块和其上面的分块电极固定连接，并且每个抓取滑块的两侧均设置有位置传感器，保证被抓取机器人精确抓取；
10、所述电解液循环系统包括电解液槽、温控单元、进液管道、单向阀、进液过滤器、压力表、液压泵、出液管道、出液过滤器和废液槽；所述电解液循环系统为整个电解加工装置提供恒定温度的高压电解液，保证加工区域工件和阴极间隙的电解产物顺利排出，并回收电解加工后的废液；
11、所述实时监控系统包括数据采集卡、电流传感器、压力传感器和温度传感器；所述电流传感器、压力传感器和温度传感器实时监控整个电解加工过程的电流、电解液压力和温度参数，当任一参数异常时，检测信号被传回数据采集卡，并将数据传输至计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，包括机器视觉系统、运动执行系统、固定调整系统、电解液循环系统和实时监控系统；其中，所述机器视觉系统包括CCD高速摄像机(1)、计算机(24)和运动控制单元(25)；CCD高速摄像机(1)捕获加工区域的实时图像，计算机(24)对捕获的图像进行分析处理后计算出工件(3)和工具阴极(10)的实际加工间隙，由计算机(24)将加工间隙和目标值按设定程序的逻辑关系进行比较计算后，向运动控制单元(25)发出控制指令，运动控制单元(25)向运动执行系统发出运动指令，所述运动执行系统带动工具阴极(10)工作；所述电解液循环系统用于提供电解液；所述实时监控系统用于实时监测电流、电解液压力和温度参数，当任一参数异常时将信息传输至计算机(24)并发出中断进给运动和关闭脉冲电源(27)开关的控制指令；所述固定调整系统将工件(3)和工具阴极(10)调整至加工位置并固定。
2.根据权利要求1所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，所述工具阴极(10)包括数块分块电极(9)，所述运动执行系统为工具阴极(10)提供预成形电解
3.根据权利要求2所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，相邻所述分块电极(9)相接触的侧面均作绝缘和润滑处理，使分块电极(9)既能组成工具阴极(10)并做预成形电解加工运动，又能够单个分块电极(9)作为基本加工单元分别向工件(3)做分块补偿电解加工运动；各分块电极(9)的补偿电解加工运动由机器视觉系统实时计算出实际加工间隙，按设定程序的逻辑关系进行比较计算后，发出指令控制指定分块电极(9)进行分块补偿电解加工。
4.根据权利要求2所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，所述运动执行系统包括x轴移动单元、运动平台(6)、固定平台(5)、双坐标轴移动单元、抓取机器人和脉冲电源(27)；x轴移动单元接收运动控制单元(25)的运动指令，提供运动平台(6)x轴向的进给运动，从而为工具阴极(10)提供预成形电解加工运动；双坐标轴移动单元接收运动控制单元(25)的运动指令，将抓取机器人移动到指定抓取位置后对分块电极(9)进行调整，从而为分块电极(9)提供分块补偿电解加工运动；脉冲电源(27)的正极连接工件(3)，负极与分块电极(9)连接，为电解加工提供能量。
5.根据权利要求1所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，所述固定调整系统包括电解槽(4)、调整架(2)、固定导轨(7)和若干抓取滑块(8)；电解槽(4)的上方设置透明玻璃盖板；调整架(2)调整并固定工件(3)；固定导轨(7)既提供分块电极(9)补偿运动的导向作用，又将若干分块电极(9)紧密排列组成整体成形工具阴极(10)；抓取滑块(8)与分块电极(9)固定连接，抓取滑块(8)两侧设置有位置传感器，能够被抓取机器人抓取。
6.根据权利要求1所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，所述电解液循环系统包括电解液槽(14)、温控单元(17)、进液管道(15)、液压泵(16)、进液过滤器(18)、压力表(19)、单向阀(20)、出液管道(11)、出液过滤器(12)和废液槽(13)；所述电解液槽(14)上设置有温控单元(17)，温控单元(17)用于调节电解液槽(14)的温度，所述进液管道(15)一端设置在电解液槽(14)内，另一端置于工件(3)加工处，进液管道(15)上依次设置有液压泵(16)、进液过滤器(18)、压力表(19)和单向阀(20)；电解化学反应后的电解液经出液管道(11)、出液过滤器(12)流入废液槽(13)。
7.根据权利要求6所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，靠近进液管道(15)出口处设置有压力传感器(22)和温度传感器(21)，所述压力传感器(22)和温度传感器(21)分别用来监测出口处电解液的温度和压力，压力传感器(22)和温度传感器(21)与数据采集卡(23)电连接。
8.根据权利要求1所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，计算机(24)对捕获的图像进行分析处理具体包括对工件(3)和阴极的实际加工间隙检测的原理是找到图像灰度矩阵的灰度跳跃位置，具体为对图像分别采取灰度化、中值滤波预处理、阈值分割转化为二值图像、形态学滤波器的开启操作和Canny边缘检测的处理方式，图像的最终转变结果为形成阳极和阴极的光滑边界，两个电极的边界设置为白色，其他区域设置为黑色，对转变后的图像进行逐行扫描后得到不同扫描行的像素宽度，通过对应比例算出不同扫描行的实际加...
【技术特征摘要】
1.机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，包括机器视觉系统、运动执行系统、固定调整系统、电解液循环系统和实时监控系统；其中，所述机器视觉系统包括ccd高速摄像机(1)、计算机(24)和运动控制单元(25)；ccd高速摄像机(1)捕获加工区域的实时图像，计算机(24)对捕获的图像进行分析处理后计算出工件(3)和工具阴极(10)的实际加工间隙，由计算机(24)将加工间隙和目标值按设定程序的逻辑关系进行比较计算后，向运动控制单元(25)发出控制指令，运动控制单元(25)向运动执行系统发出运动指令，所述运动执行系统带动工具阴极(10)工作；所述电解液循环系统用于提供电解液；所述实时监控系统用于实时监测电流、电解液压力和温度参数，当任一参数异常时将信息传输至计算机(24)并发出中断进给运动和关闭脉冲电源(27)开关的控制指令；所述固定调整系统将工件(3)和工具阴极(10)调整至加工位置并固定。
2.根据权利要求1所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，所述工具阴极(10)包括数块分块电极(9)，所述运动执行系统为工具阴极(10)提供预成形电解加工运动，为分块电极(9)提供分块补偿电解加工运动。
3.根据权利要求2所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，相邻所述分块电极(9)相接触的侧面均作绝缘和润滑处理，使分块电极(9)既能组成工具阴极(10)并做预成形电解加工运动，又能够单个分块电极(9)作为基本加工单元分别向工件(3)做分块补偿电解加工运动；各分块电极(9)的补偿电解加工运动由机器视觉系统实时计算出实际加工间隙，按设定程序的逻辑关系进行比较计算后，发出指令控制指定分块电极(9)进行分块补偿电解加工。
4.根据权利要求2所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，所述运动执行系统包括x轴移动单元、运动平台(6)、固定平台(5)、双坐标轴移动单元、抓取机器人和脉冲电源(27)；x轴移动单元接收运动控制单元(25)的运动指令，提供运动平台(6)x轴向的进给运动，从而为工具阴极(10)提供预成形电解加工运动；双坐标轴移动单元接收运动控制单元(25)的运动指令，将抓取机器人移动到指定抓取位置后对分块电极(9)进行调整，从而为分块电极(9)提供分块补偿电解加工运动；脉冲电源(27)的正极连接工件(3)，负极与分块电极(9)连接，为电解加工提供能量。
5.根据权利要求1所述的机器视觉控制的分块电极自调节电解加工装置，其特征在于，所述固定调整系统包括电解槽(4)、调整架(2)、固定导轨(7)和若干抓取滑块(8)；电解槽(4)的上方设置透明玻璃盖板；调整架(2)调整并固定工件(3)；固定导轨(7)既提供分块电极(...
【专利技术属性】
技术研发人员：王京涛，张家宝，王宇新，张朝阳，刘洋，徐坤，朱浩，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。